岩石中爆炸应变波信号测试与分析

针对岩石爆破过程中爆炸应变波信号易失真、难测试的特点,建立了一套稳定可靠的超动态应变测试系统.实测了小药量耦合装药在岩石模型中爆炸产生的径向爆炸应变波信号,得到了装药爆炸应变波形的特点以及应变峰值与药包长径比、药量、相对距离的变化关系.试验结果表明:(1)岩石爆破过程中爆炸波综合作用时间约为10μs,表现出初始以压应力为主,持续的压、拉应力交替现象,爆炸加载应变率以104 s-1的数量级变化;(2)药包长径比和药量的变化对应变峰值变化幅度影响在爆源近距离处较大,在相对距离大于45后影响较小;(3)长径比大的药包的爆炸能量对介质作用较为分散,有利于提高炸药的能量利用率.     

爆炸荷载作用下煤体裂纹扩展机理模型实验研究

为研究煤体在柱状装药爆炸荷载作用下裂纹扩展机理,以Froude比例法为指导,建立煤层预裂爆破的模型实验。得到爆炸波在模型介质中传播的压力波形及模型表面加速度、应变、位移波形。描述模型在爆炸荷载作用下的宏观破坏现象。研究结果表明:模型实验与现场试验结果基本一致;裂纹主要是由压缩波与卸载波共同作用形成的;裂纹扩展方向与炮孔轴线方向垂直。     

基于HHT的金属导爆索水下爆炸信号时频特性研究

传统小波变换等时频分析方法在提取水下爆炸信号时具有各自的局限性,为了获得金属导爆索水下爆炸信号的特征,采用HHT方法对信号特征进行提取。结果表明:EMD具有自适应性,能够将冲击波信号进行分解,适合金属导爆索水下爆炸冲击波信号的分析;采用HHT方法能够有效提取金属导爆索水下爆炸信号的时频特征,冲击波信号的优势频率主要集中在0~40kHz,特别是20kHz以下的低频能量最大,高于80kHz以上频段能量分量很小;冲击波压力信号能量主要集中在40kHz以下,尤以5kHz以下频带能量最高。能量主要集中在前80μs内的3个子区间内,各子区间能量峰值对应的时刻分别为3、5和16μs。     

瓦斯爆炸在封闭管道内冲击振荡特征的数值模拟

摘要：为了研究爆炸波在封闭型系统的冲击和振荡特征及其特征参数变化规律,采用数值模拟的方法研究了封闭型管道内瓦斯爆炸的传播特征。研究结果表明：闭口型系统内的瓦斯爆炸呈明显的振荡特征,对于爆燃波,反射波有2道,即前驱冲击波的振荡和压缩波的振荡。由于冲击波的振荡叠加,使其最大爆炸超压和瞬态流速峰值与开口型系统相比较高,而且在反射波及稀疏波的影响下,爆炸波超压分为三个区。爆炸温度和动压同样呈明显的振荡特征,使得爆炸高温环境维持较长时间,爆炸动压在爆炸传播方向的动压与其他方向相比明显较大。研究结果解释了受限空间内爆炸破坏比开放型系统强烈的原因,为今后受限空间内爆炸的预防与控制提供了基础理论参考。     

爆轰波垂直碰撞固体介质分界面爆炸压力计算

有很多实际应用场合需要分析和预估炸药接触爆炸时接触面上爆炸压力,以便更加有效地理解和评估这些场合的爆炸效果,如炮孔中炸药爆轰对孔壁和孔底爆炸冲击压力、碎甲战斗部与目标接触爆炸压力、带壳战斗部炸药爆轰对壳体的作用压力等等.为了理论上确定炸药爆轰垂直碰撞固体介质分界面上爆炸压力,介绍和评述了几种计算方法,并运用这些计算方法对同一个条件的爆炸压力进行了分析、计算和比较.当爆轰波垂直作用于固体介质时,应力波理论计算值小于爆轰波冲击理论计算值,爆轰波冲击理论计算结果与文献值更为接近,炸药在固体介质分界面爆炸压力实际情况具有复杂性,因此认为炸药在固体介质分界面上爆炸压力应以爆轰冲击式计算较为合适.计算过程和方法可为有关理论和工程应用分析提供参考.     

地应力对混凝土材料中爆炸应力波传播影响规律研究

为研究山体、坝体等自然环境下不同地应力水平对爆炸应力波传播的影响,采用数值模拟技术对不同地应力条件下混凝土试件进行爆炸模拟试验。通过对混凝土试件边界处施加不同大小的应力,观察了在不同地应力下试件承受爆炸荷载后的破坏现象;通过改变模型单边地应力数值设置对照组,随后对不同模型施加相同爆炸荷载,得到了试件中各预设的4个测点的峰值应力及质点运动速度。借助试验中测点峰值应力与质点运动速度等爆炸波特征参数的变化,进而分析了不同地应力大小对爆炸应力波传播的影响。结果表明：地应力对爆炸应力波的影响主要表现为在高地应力水平下的“抑制传播”与低应力水平下的“促进传播”。爆炸过程中,爆炸应力波与地应力的叠加耦合增大了测点峰值应力强度,反之,高地应力抑制了介质颗粒的位移,从而降低了质点运动速度。研究从不同地应力水平对爆炸应力波的传播影响角度入手,创新性地分析了地应力对应力波的抑制作用,其结果可为深地下钻孔爆破过程中破坏区的预判,地下结构抗爆防护等方面提供一定的理论依据。     

基于HHT变换的小水池水下爆炸振动分析

为了探讨水下毫秒延时起爆对爆炸振动信号的影响,在小型圆筒形爆炸水池(直径5.5m、高3.62m)中进行单药包和双药包两种形式爆炸实验。使用UBOX-5016测振仪采集爆炸振动信号,并对采集到的水下爆炸振动信号进行HHT分析。结果表明,随着测试距离的增加,振动速度减小而主振频率增大,装药量增加,振速增大;通过Hilbert能量谱、边际谱分析可知,水下爆炸振动能量的频率基本分布在100Hz以下的低频区,且主要分布于50Hz内;主振频带在3~10Hz范围内;分别通过对能量谱、边际谱的分析,进一步验证了延时起爆能够降低水下爆炸振动能量,减小振动效应。实验结果与分析对水工建筑结构抗震设计及水下军事对抗防护等方面具有一定参考意义。     

基于HHT变换的小水池水下爆炸振动分析

为了探讨水下毫秒延时起爆对爆炸振动信号的影响,在小型圆筒形爆炸水池(直径5.5m、高3.62m)中进行单药包和双药包两种形式爆炸实验。使用UBOX-5016测振仪采集爆炸振动信号,并对采集到的水下爆炸振动信号进行HHT分析。结果表明,随着测试距离的增加,振动速度减小而主振频率增大,装药量增加,振速增大;通过Hilbert能量谱、边际谱分析可知,水下爆炸振动能量的频率基本分布在100Hz以下的低频区,且主要分布于50Hz内;主振频带在3¹0Hz范围内;分别通过对能量谱、边际谱的分析,进一步验证了延时起爆能够降低水下爆炸振动能量,减小振动效应。实验结果与分析对水工建筑结构抗震设计及水下军事对抗防护等方面具有一定参考意义。     

基于弯折频率变换的Lamb波高分辨率损伤成像

Lamb波在结构健康监测中受到广泛关注,但其在传播过程中存在着多模和频散特性,不利于损伤定位和高分辨率成像。弯折频率变换（Warped Frequency Transform, WFT）通过构建合理的弯折映射可实现对频率轴的弯折。基于Lamb波群速度频散曲线设计弯折频率变换,则可用于Lamb波信号的处理。本文从直接补偿角度出发,利用WFT对传感信号进行频散抑制。提出了基于WFT的高分辨率损伤成像方法,利用有限元软件ABAQUS进行了带损伤铝板中Lamb波传播的仿真。仿真结果表明WFT能有效压缩频散的波包,通过本文所提成像方法可实现高分辨率损伤成像。     

基于CEEMDAN·MPE-NHT的爆破地震波信号时频分析

针对希尔伯特-黄变换(Hilbert-Huang Transform, HHT)处理混有噪声的爆破地震波信号时，会出现时频分析失真的现象，对影响HHT时频分析精度的因素进行逐一改进，得到改进后的算法来提高含噪爆破地震波信号时频分析精度。首先对经验模态分解(Ensemble Empirical Mode, EMD)进行改进得到自适应补充集合经验模态分解(Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition with Adaptive Noise, CEEMDAN)抑制低频趋势项，同时添加多尺度排列熵(Multiscale Permutation Entropy, MPE)代码控制高频噪声，最后对CEEMDAN·MPE得到的IMF进行归一化Hilbert变换(Normalized Hilbert Transform, NHT),通过上述三步即可改善传统HHT含噪爆破地震波信号时频分析精度不足的问题。为验证CEEMDAN·MPE-NHT算法时频分析的准确性，进行HHT和CEEMDAN·MPE-NHT算法的含噪仿真信号时频分析对比研究，并将CEEMDAN...     

平面爆炸波在半无限混凝土介质中传播与衰减特性的数值分析

采用非线性软件LS-DYNA,混凝土选用JHC模型的基础上,数值模拟了一维应变下爆炸波在半无限混凝土介质中的传播过程,得到了平面爆炸波在混凝土中随时间和空间的衰减规律,以及在爆炸冲击波作用下,脆性介质混凝土形成破碎区和损伤区的演化特性。数值拟合结果表明,在爆炸近区应力波幅值衰减速率快,材料损伤演化和应力波幅值衰减存在着内在的联系。模拟结果对于爆破与防护工程设计均具有一定的参考价值。     

高能量密度爆炸与化学爆炸的物理特征及爆炸次生洪水波效应探讨

章根据高能量密度爆炸的辐射流体动力学计算与TNT装药爆炸计算的结果,对二类爆炸波系的形成发展,爆炸近区、远区的物理特征和爆炸作用物理模拟问题进行了研究,得出了对防护工程比较重要的几点结论。同时对于同两类爆炸引起的次生洪水波灾害进行了探讨,阐明了系统开展洪水波防护研究的重要意义。     

爆炸应力波在含层理介质中传播规律的实验研究

采用超高速数字图像相关实验系统,进行了爆炸应力波在含层理结构的PMMA试件中的传播试验,分析了全场应变的演化过程和相关测点的应变时程变化。实验结果表明:爆炸应力波在含有层理的介质中传播时,层理远区的应力波衰减幅度比层理近区的应力波衰减幅度大。通过应变云图的演化过程发现,应力波遇到层理后会发生反射,入射拉伸波与反射拉伸波叠加形成了较强的拉伸集中区,并沿着层理向两端扩展逐步减弱。此外,通过数据拟合得到了层理内、外侧的应变峰值衰减规律,应变峰值的衰减随距离基本是线性的,且层理内侧的应变衰减速度大于层理外侧的。     

水下爆炸应力波在含声学覆盖层结构中的传播规律

 针对舰船的含声学覆盖层结构,对水下爆炸作用下应力波在该结构中的传播规律进行研究。采用二阶Godunov方法,建立水下爆炸应力波在多层介质中传播的计算模型,并与经典Taylor平板解析解进行对比验证;通过对不同工况下的应力波传播规律分析,获得边界条件、声学覆盖层厚度等参数对其影响规律,可为舰艇抗冲击设计、研究提供参考。     

一种EEMD-HHT与时频重排结合的转速曲线估计新方法

HHT(Hilbert-Huang Transform)和传统时频分析存在模态混叠、时频聚焦性差等问题,在估计转速曲线时误差较大。因此,提出将EEMD-HHT与时频重排算法结合的转速曲线估计新方法。采用EEMD(Ensemble Empirical Mode Decompositon)方法获取IMFs;找出参考轴所对应的IMF,并做Hilbert变换;用时频重排算法处理该IMF两端各一定长度的数据,对得到的重排矩阵进行限制条件的瘠线搜索,并将获得的瞬时频率值代替对应时间点内Hilbert变换得到的瞬时频率值;对"拼接"得到的整个时间段的瞬时频率值进行最小二乘拟合,得到光滑的转速曲线。将该方法应用于转子不平衡故障的阶比分析中,对实际测量信号进行了分析,并与HHT估计结果作比较,验证了其优越性和有效性。     

爆炸荷载作用下砌体填充墙对RC框架结构损伤破坏的影响

砌体填充墙作为非结构构件在建筑结构抗爆分析中常被忽略,而实际爆炸事故中填充墙多发生严重破坏,从而影响爆炸波的传播及其与结构的相互作用以及结构的损伤破坏等级。基于精细化数值仿真方法评估外部爆炸作用下砌体填充墙对钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)框架结构损伤破坏的影响。首先,采用LS-DYNA有限元分析软件分别对典型砌体填充墙和含填充墙RC框架的近区爆炸试验进行复现,验证所采用的填充墙简化微观建模方法、材料本构模型和参数,以及任意拉格朗日欧拉爆炸荷载施加方法和爆炸波-结构流固耦合算法的适用性。进一步结合结构混合单元建模方法,开展了美国联邦应急管理署规定的普通轿车炸弹(454 kg TNT当量)在底层边柱位置爆炸下,6度、7度和8度抗震设防烈度的典型6层纯框架和含填充墙框架结构动力行为的数值仿真分析,考察了爆炸波传播路径,以及结构的动态响应、损伤破坏和抗倒塌机制。结果表明：该工况中填充墙能够有效阻挡爆炸波的传播,作用于目标柱相邻内柱上的超压峰值降低95%,减轻了内部构件的损伤程度;但同时加剧了结构迎爆面的损伤破坏,如3种抗震设防烈度的含填充墙框架目标柱柱中侧向位移较纯...     

基于HHT的多模式Lamb波走时提取

薄板超声Lamb波层析成象研究中,走时是重要的信号特征,但多模式和频散特点给单一模式走时提取带来困难,一般信息提取技术对Lamb波分析较难有理想结果。该文提出利用HHT方法分析信号,先利用经验模式分解成本征模态函数,然后进行Hilbert变换分析边际谱并提取单一模式。与FFT、小波变换分析对比,HHT方法较好的反映了Lamb波信号多模式的随时间、频率分布。与小波变换提取走时数据结果相对比,HHT方法所得走时数据用来反演的图象更接近缺陷真实尺寸。     

基于谐波补偿迭代的HHT:暂态电能质量信号分析新方法

针对希尔伯特-黄变换(HHT)方法分析暂态电能质量信号时存在模态混叠问题,提出了一种基于谐波补偿迭代改进的HHT暂态电能质量信号分析方法。该方法通过谐波补偿改变暂态电能质量信号包络分布,并根据暂态信号特征和频率范围确定补偿谐波信号的幅频范围。给出了该方法的具体实现步骤,并进行了算法验证。测试结果表明,该方法能够快速准确地对暂态电能质量信号进行分析,有效抑制模态混叠,改善分解性能;与基于标准经验模态分解(EMD)、集合经验模态分解(EEMD)的HHT方法相比较,该方法计算准确,分解结果符合信号实际情况,物理意义明确。     

改进的Hilbert-Huang变换在信号瞬态特征提取中的应用

通过对Hilbert-Huang变换(Hilbert Huang Transform,HHT)方法的机理的研究,提出了一种提取非平稳信号中瞬态特征的新方法,即正交经验模态分解(Orthaogonal Empirical Mode Decomposition,OEMD)与Hilbert变换结合法.OEMD是一种以快速带通滤波为基础的,获得同有模态函数(IMF)的新方法,其最大特点是具有严格的正交性.通过OEMD得到IMFs后,再进行Hilbert变换求得瞬时频率和幅值,便能精确检测出信号中瞬态成分的时间、频率和幅值等信息.仿真和应用结果表明,该法比原HHT方法能更加有效地提取信号的瞬态特征,并成功地解决了原HHT中存在的模态混叠、虚假模态和边界效应等问题.     

爆炸波特征及能量分配的实验研究

通过对测试到的距爆源8-16 cm范围内的径向爆炸波信号的识别和分离,将爆炸波分为爆炸冲击波区、应力波区及爆生气体膨胀作用区,并就分离各区的爆炸波基本特点、能量分配及衰减特征开展了定量研究.结果表明:在距离炮孔中心线40R0的测点范围内同时受到爆炸冲击波、应力波和爆生气体膨胀的共同作用;爆炸波作用过程是高加载率下的冲击波压应力、应力波拉压应力和爆生气体膨胀的准静态作用的联合复杂作用过程;爆炸波总能量传递率ηt为31.8%-46.9%;3种能量中,爆炸冲击波、应力波和爆生气体膨胀作用能量传递率ηi分别为31.0%-40.8%、0.31%-0.98%和0.52%-4.9%;分离各区的能量传递率、比能和能量均随到爆源距离R的增大而衰减,衰减幅度随R的增大而加快.